Углерод из лигнина: новый материал для литий-ионных батарей

Компания Stora Enso разработала твердый углерод из лигнина – природного полимера, содержащегося в наружных слоях клеточных оболочек древесины. Новый материал можно использовать вместо графита в качестве анода (отрицательно заряженного электрода) литий-ионных аккумуляторов. 

Литий-ионные аккумуляторы состоят из двух частей: катода, т.е. положительно заряженного электрода, и анода – электрода отрицательного заряда. Роль катода играют оксиды цветных металлов (лития, никеля, кобальта, марганца), а роль электрода – природный или синтетический графит, который производится из пека (остатков перегонки торфяного, угольного и древесного дегтя) и нефтяного кокса.

Соответственно, во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду через электролит (проводник электрического тока), а во время заряда – от катода к аноду.

Распространение электромобилей привело к резкому скачку спроса на графит, однако круг его производителей является весьма ограниченным. По оценке ассоциации "Глобальная энергия", глобальная добыча природного графита в 2022 г. составила 1,3 млн т, из которых свыше 85% приходилось на Китай (850 тыс. т), Мозамбик (170 тыс. т) и Мадагаскар (110 тыс. т). Поэтому на рынке востребованы альтернативы графиту, одной из которых может стать лигнод – продукт переработки лигнина, который извлекают при производстве целлюлозных волокон.

Цепочка производства лигнода состоит из двух основных этапов. Лигнин из сосны и ели, который производится в качестве побочного продукта при варке целлюлозы, перерабатывается в твердый углеродный порошок, из которого затем изготавливаются электродные листы и рулоны – из них «нарезается» материал для отрицательного анода литий-ионных батарей. Лигнод в итоге можно использовать для создания литий-ионного аккумулятора, компонентом которого также являются герметичный корпус и сепаратор, пропитанный электролитом и разделяющий катод и анод.

Пилотное производство лигнода началось в июле 2021 г., а в 2025 г. Stora Enso планирует наладить коммерческий выпуск батарей с анодом на основе лигнина. При этом компания активно внедряет «древесные» технологии в возобновляемой энергетике. Например, в прошлом году Stora Enso совместно с деревообрабатывающей Modvion объявили о планах по производству башен для ветротурбин, материалом для которых станет клееный брус из шпона (LVL), популярный в строительстве здании и мостов.